Turbocompressore X3 E83
Il sistema di sovralimentazione del modello BMW X3 E83, tecnica, malfunzionamento e riparazione
Funzionamento del turbocompressore nel motore endotermico, dalla perdita di potenza alla sostituzione in officina
Il turbocompressore nasce in Svizzera all’inizio del XX secolo, dallo studio dei primi motori a combustione interna svolto dall’ing. Alfred Büchi, studente del Politecnico federale di Zurigo e specialista di turbine a vapore.
Il principio alla base della sua osservazione è lo sfruttamento della grande quantità di energia cinetica disponibile nei gas di scarico dei motori endotermici, per aumentare la densità dell’aria in aspirazione, quindi per ottenere una maggiore quantità di ossigeno per la combustione del carburante.
L’invenzione consiste nell’inserimento di una girante nel sistema di scarico, spinta dai gas combusti e meccanicamente solidale a un’altra, che comprime l’aria nel sistema di aspirazione.
La prima girante è definita turbina centripeta, che riceve un flusso di gas caldo orientato in direzione radiale, verso il centro, mentre la seconda è il compressore centrifugo di aria fredda; sono disposti sullo stesso asse e ruotano alla medesima velocità angolare, insieme ai convogliatori dei flussi, formano il sistema comunemente chiamato turbocompressore.
Le prime applicazioni del turbocompressore erano limitate al settore aeronautico, per compensare la perdita di densità dell’aria con l’aumentare dell’altitudine, per l’alimentazione dei grandi motori Diesel di locomotive ferroviarie, navi e sistemi industriali per la produzione di energia elettrica (grandi motori stazionari).
In Europa, bisogna attendere la crisi petrolifera degli anni settanta e il rilancio economico nel decennio successivo, per trovare l’applicazione su larga scala del turbocompressore nel settore automobilistico; sono Peugeot, Mercedes-Benz e Opel i primi marchi a credere nelle potenzialità del motore Diesel sovralimentato.
Nel 1984, anche BMW si converte al turbodiesel realizzando il suo primo propulsore a gasolio con turbocompressore, montato sulla berlina serie E28 modello 524 td. Il motore sigla M21TD25 è un sei cilindri con cilindrata di 2.443 cm³, potenza massima 115 CV a 4.800 rpm, coppia massima 211 Nm a 2.400 rpm e dotato della prima e raffinata tecnologia d’iniezione elettronica Bosch DDE.
Perdita di potenza del motore, dal filtro del gasolio al DPF (con dubbi sulla diagnosi)
Nella primavera dello scorso anno, durante il rientro dal lavoro, alla prima accelerazione decisa l’auto non rispondeva alla pressione del pedale. Il motore era presente, ma non voleva saperne di aumentare i giri; in assenza di spie accese nel cruscotto, ho pensato subito a un rifornimento di carburante sporco e all’ostruzione del filtro gasolio.
Nel punto in cui mi trovavo avevo già notato da tempo l’insegna di un elettrauto, quindi mi sono diretto senza indugio verso quel luogo. Controllando il libretto di manutenzione, mi sono reso conto che il filtro del carburante aveva 60.000 km di percorrenza e di conseguenza ne chiedevo la sostituzione, poiché poteva essere il responsabile dell’improvvisa perdita di potenza.
La mia X3 era poi ripartita, ma la diagnostica computerizzata eseguita dall’elettrauto indicava un codice di errore riguardante il filtro DPF (Diesel Particulate Filter): 452A Sistema filtro antiparticolato capacità re…
Secondo il titolare dell’officina, il problema della perdita di potenza era collegato principalmente all’intasamento del filtro DPF. Anche alla presenza del codice specifico, non ero pienamente convinto di questa diagnosi, considerando che la contropressione scarico riportava un valore normale, uguale a quella di carico dell’aria. Decidevo comunque che avrei indagato sulla questione del filtro DPF.
Qualche mese dopo, mentre stavo per fare la pulizia del DPF con un prodotto specifico, mi sono reso conto che c’erano altri segni di funzionamento irregolare del motore:
- aumento del fischio del turbo, udibile anche al minimo
- in decelerazione evidenza di un rumore sordo, una vibrazione cupa proveniente dal motore
- in ripresa presenza di un “lag”, un vuoto di risposta del motore molto fastidioso
- nel vano motore, fuoriuscita di fumo dal lato del collettore di scarico
La mia attenzione si era spostata completamente verso il turbocompressore e il suo funzionamento.
Turbocompressore X3 E83, teoria e panoramica del sistema
Il turbocompressore del motore N47D20 è della Mitsubishi Heavy Industries, colosso giapponese con sede nel distretto di Chiyoda-ku a Tokyo, specializzato nella progettazione e produzione di componenti, impianti e servizi per l’industria pesante.
Il modello scelto da BMW per l’X3 corrisponde al codice OEM (Original Equipment Manufacturer) 49135-05895, porta la sigla commerciale TF035HL6b-13TB-VG e identifica un turbocompressore di tipo a geometria variabile VTG (Variable Turbine Geometry).
Il sistema VTG del Mitsubishi TF035 consente di cambiare dinamicamente l’energia a carico della girante calda e di conseguenza la velocità di rotazione di quella fredda, in base alle condizioni d’uso del motore, ottimizzando la compressione dell’aria in ingresso e salvaguardando l’aspirazione del motore da eventuali sovrappressioni.
Per questo motivo, in questa configurazione non è presente la valvola “wastegate” dei primi motori turbocompressi.
Dopo una vasta ricerca sui guasti di questo turbocompressore, sono arrivato alla conclusione che il mio problema era riconducibile a due possibili cause:
- guasto al sistema VTG, composto dall’attuatore elettromeccanico comandato elettronicamente dalla centralina DDE del motore e dalla parte meccanica formata dall’anello con le palette orientabili (nozzle assembly)
- usura dell’albero del turbocompressore o del sistema di sostegno e contenimento dell’olio motore in pressione (bronzine e anelli di tenuta)
In realtà, il problema potrebbe essere determinato da una concausa di diversi fattori. Il malfunzionamento del sistema VTG potrebbe aver spinto il turbo a una velocità troppo elevata, che insieme all’invecchiamento dell’olio motore e alla normale usura avrebbe danneggiato il cosiddetto “coreassy” (core assembly), il nucleo del turbocompressore; l’albero delle giranti, le bronzine (journal bearing) e gli anelli di contenimento dell’olio.
L’assemblaggio del core assy è un lavoro di grande precisione, che richiede competenza e attrezzature specifiche per l’equilibratura.
Il fischio anomalo del turbo e l’uscita del fumo sono dovuti quindi allo spostamento dell’asse del turbo dal centro dell’alloggiamento verso l’esterno; l’aria passa in una posizione non prevista, vicino ai convogliatori e il sibilo da impercettibile diventa molto intenso.
Sostituzione del turbocompressore X3 E83 e conclusione
Alcuni giorni dopo l’amara scoperta, mentre stavo ancora cercando tutto il necessario per la sostituzione DIY del turbocompressore X3 E83, oltre al fischio anomalo sono comparsi dei forti rumori meccanici di strisciamento metallo contro metallo. Era chiaro che lo spostamento dell’asse stava aumentando sempre più, in modo che le giranti interferivano con le pareti interne dei convogliatori.
Se avessi insistito nell’utilizzo dell’auto in questa condizione, le giranti si sarebbero frantumate mandando pezzi di metallo in due direzioni distinte. Avrei potuto danneggiare gravemente l’intercooler (scambiatore di calore aria-aria) verso l’aspirazione e il filtro DPF verso lo scarico, senza contare la fuoriuscita di olio motore e l’imbrattamento a danno dei due circuiti opposti che era già iniziato da qualche tempo.
Dovevo trovare al più presto un’officina meccanica disponibile a sostituire subito il turbocompressore, facendo un buon lavoro a un prezzo ragionevole.
Mi considero bravo o fortunato per aver scelto un meccanico con una lunga esperienza alle spalle che ha svolto correttamente la riparazione, utilizzando un turbocompressore rigenerato o di rotazione con garanzia per contenere la spesa, e sostituendo il tubo di entrata dell’olio e di recupero dei vapori, oltre all’olio motore e filtro e tutte le guarnizioni.
La riflessione finale riguarda l’effettiva possibilità di fare la manutenzione DIY di questa parte del motore, a differenza di un semplice cambio olio, considerando la sua posizione all’interno del vano, lo smontaggio e rimontaggio del turbocompressore X3 E83 dalle linee di aspirazione e scarico, la delicatezza di un’eventuale revisione in proprio del coreassy.
A proposito del turbocompressore, nei prossimi articoli si parlerà del recupero dei vapori dell’olio motore e della pulizia con successiva rigenerazione forzata del filtro DPF.